Ứng dụng công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý thành lập bản đồ biến động lớp phủ khu vực huyện Thái Thụy Thái Bình

LỜI MỞ ĐẦU Đất đai là tài nguyên vô cùng quý giá, là tư liệu sản xuất đặc biệt, là nguồn sống, môi trường, môi sinh quan trọng nhất cho đời sống con người, cho sinh hoạt xã hội và cho các hoạt động sản xuất kinh doanh. Trên thế giới nói chung và nước ta nói riêng đang đối mặt với sức ép của gia tăng dân số đi cùng với việc sử dụng đất đai thiếu bền vững đã gây sức ép lớn lên quá trình sử dụng đất và vấn đề sử dụng đất đai trở thành vấn đề sống còn của mỗi quốc gia, mỗi dân tộc. Vì vậy nghiên cứu sự thay đổi trong quá trình sử dụng đất là căn cứ khoa học để đưa ra những chính sách sử dụng đất đai phù hợp sao cho tiết kiệm và có hiệu quả và việc xác định biến động đất đai càng trở nên cấp thiết hơn bao giờ. Ngày nay, công nghệ viễn thám và GIS đang được sử dụng để theo dõi và đánh giá những biến đổi của bề mặt trái đất, quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường. Nhờ dữ liệu ảnh viễn thám chúng ta có thể giải đoán, phân tích và đánh giá biến động của lớp phủ mặt đất theo thời gian và không gian. Để nghiên cứu biến động lớp phủ, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau từ số liệu thống kê, từ các cuộc điều tra nông nghiệp nông thôn. Các phương pháp này mặc dù có ưu điểm là độ chính xác cao nhưng nhược điểm của chúng là tốn kém thời gian và kinh phí. Với khả năng cung cấp thông tin đa dạng và cập nhật của tư liệu viễn thám kết hợp với phương pháp truyền thống thì việc nghiên cứu thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ biến động lớp phủ sẽ đạt hiệu quả cao hơn. Vì vậy em đã thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài: “ Ứng dụng công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý thành lập bản đồ biến động lớp phủ khu vực huyện Thái Thụy Thái Bình giai đoạn 20032009”. Đồ án được trình bày trong ba chương: Chương 1: Tổng quan bản đồ biến động lớp phủ và các phương pháp nghiên cứu biến động lớp phủ. Chương 2: Kết hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý trong nghiên cứu biến động lớp phủ. Chương 3: Thực nghiệm thành lập bản đồ biến động lớp phủ khu vực Thái Thụy Thái Bình giai đoạn 20032009. Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp em đã cố gắng hoàn thành những vấn đề trọng tâm của đề tài nhưng do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô trong bộ môn Đo ảnh – Viễn thám, khoa Trắc địa và các bạn đồng nghiệp để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS: Nguyễn Văn Trung cùng các thầy cô trong bộ môn đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. .... Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ 1.1 Khái chung về bản đồ biến động lớp phủ Lớp phủ mặt đất là tất cả các thành phần vật chất tự nhiên và nhân tạo bao phủ trên bề mặt trái đất bao gồm các yếu tố thực vật (mọc tự nhiên hoặc được trồng), các công trình kinh tế – xã hội được xây dựng của con người, thổ nhưỡng, nước, dải đất cát…Lớp phủ mặt đất thể hiện trạng thái tự nhiên. Biến động được hiểu là sự biến đổi, thay đổi, thay thế trạng thái này bằng một trạng thái khác liên tục của sự vật, hiện tượng tồn tại trong môi trường tự nhiên cũng như môi trường xã hội. Phát hiện biến động là quá trình nhận dạng sự biến đổi, sự khác biệt về trạng thái của sự vật, hiện tượng bằng cách quan sát chúng tại các thời điểm khác nhau. Bản đồ biến động lớp phủ ngoài các yếu tố nội dung cơ bản của các bản đồ chuyên đề như: bản đồ địa hình, địa vật, giao thông, thủy văn… phải thể hiện được sự biến động về sử dụng đất theo thời gian. Ưu điểm của bản đồ biến động lớp phủ là thể hiện được rõ sự biến động theo không gian và theo thời gian. Diện tích biến động được thể hiện rõ ràng trên bản đồ, đồng thời cho chúng ta biết có biến động hay không biến động, hay biến động từ loại đất nào sang loại đất nào. Nó có thể được kết hợp với nhiều nguồn dữ liệu tham chiếu khác để phục vụ có hiệu quả cho rất nhiều mục đích khác nhau như quản lý tài nguyên, môi trường, thống kê, kiểm kê đất đai. Về cơ bản, bản đồ biến động lớp phủ được thành lập trên cơ sở hai bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại hai thời điểm nghiên cứu vì vậy độ chính xác của bản đồ này phụ thuộc vào độ chính xác của các bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại hai thời điểm nghiên cứu. 1.2 Nguyên nhân gây gây ra biến động và sự cần thiết phải xác định biến động lớp phủ Biến động của lớp phủ mặt đất bao giờ cũng bao gồm nhiều yếu tố tương tác lẫn nhau như: sự kết hợp của mục đích sử dụng đất tùy theo thời gian, không gian cụ thể tùy vào mục đích, môi trường và điều kiện của con người. Các quá trình tự nhiên diễn ra trên bề mặt đất như: hạn hán, xói mòn, … cũng quan trọng như các tác động của con người( phụ thuộc vào chính sách, điều kiện kinh tế, …). Các nguyên nhân chính dẫn đến biến động lớp phủ mặt đất gồm: Sự thay đổi đa dạng của tự nhiên Vấn đề con người Vấn đề chính sách, thể chế Vấn đề kinh tế và công nghệ Vấn đề văn hóa

Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU .3 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ 1.1 Khái chung đồ biến động lớp phủ 1.2 Nguyên nhân gây gây biến động cần thiết phải xác định biến động lớp phủ 1.3 Các phương pháp đánh giá biến động 1.3.1 Nghiên cứu biến động phương pháp so sánh sau phân loại 1.3.2 Nghiên cứu biến động phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian 1.3.3 Nghiên cứu biến động phương pháp cộng màu kênh ảnh 1.3.4 Thành lập đồ biến động phương pháp phân tích véctơ thay đổi phổ 10 1.3.5 Nghiên cứu biến động phương pháp kết hợp 11 1.3.6 So sánh ưu, nhược điểm phương pháp 12 Chương 2: KẾT HỢP VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ 14 2.1 Cơ sở viễn thám 14 2.1.1 Khái niệm viễn thám 14 2.1.2 Nguyên lý thu nhận hình ảnh viễn thám .15 2.1.3 Vấn đề thu nhận phân tích tư liệu ảnh viễn thám 16 2.1.4 Đặc trưng phổ phản xạ đối tượng bề mặt trái đất 18 2.1.5 Một số vệ tinh viễn thám 22 2.1.6 Phương pháp xử lý thông tin viễn thám 27 2.2 Khái quát chung hệ thống thông tin địa lý 31 2.2.1 Định nghĩa 31 2.2.2 Các thành phần GIS 31 2.2.3 Các chức GIS 33 2.2.4 Cấu trúc liệu GIS 39 SV: Nguyễn Thị Lĩnh Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp 2.3 Quy trình xác định biến động lớp phủ sử dụng công nghệ viễn thám hệ thống thông tin địa lý 42 Chương 3: THỰC NGHIỆM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ HUYỆN THÁI THỤY GIAI ĐOẠN 2003 – 2009 46 3.1 Khái quát chung khu vực nghiên cứu .46 3.1.1 Vị trí địa lý .46 3.1.2 Địa hình, thuỷ văn 47 3.1.3 Khí hậu thời tiết 47 3.1.4 Các nguồn tài nguyên .48 3.1.5 Giao thông - kinh tế - xã hội .48 3.2 Tư liệu viễn thám sử dụng thực nghiệm .49 3.3 Thành lập đồ trạng lớp phủ 50 3.3.1 Tăng cường chất lượng ảnh .50 3.3.2 Nắn chỉnh tư liệu ảnh 51 3.3.3 Cắt ảnh theo ranh giới khu vực cần nghiên cứu 52 3.3.4 Phân loại ảnh 52 3.4 Thành lập đồ biến động lớp phủ khu vực huyện Thái Thụy – Thái Bình giai đoạn 2003 – 2009 .62 3.4.1 Xử lý liệu GIS 62 3.4.2 Nhận xét xu biến động lớp phủ giai đoạn 2003- 2009 67 KẾT LUẬN .69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 SV: Nguyễn Thị Lĩnh Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp LỜI MỞ ĐẦU Đất đai tài nguyên vô quý giá, tư liệu sản xuất đặc biệt, nguồn sống, môi trường, môi sinh quan trọng cho đời sống người, cho sinh hoạt xã hội cho hoạt động sản xuất kinh doanh Trên giới nói chung nước ta nói riêng đối mặt với sức ép gia tăng dân số với việc sử dụng đất đai thiếu bền vững gây sức ép lớn lên trình sử dụng đất vấn đề sử dụng đất đai trở thành vấn đề sống quốc gia, dân tộc Vì nghiên cứu thay đổi trình sử dụng đất khoa học để đưa sách sử dụng đất đai phù hợp cho tiết kiệm có hiệu việc xác định biến động đất đai trở nên cấp thiết Ngày nay, công nghệ viễn thám GIS sử dụng để theo dõi đánh giá biến đổi bề mặt trái đất, quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên giám sát môi trường Nhờ liệu ảnh viễn thám giải đốn, phân tích đánh giá biến động lớp phủ mặt đất theo thời gian không gian Để nghiên cứu biến động lớp phủ, người ta sử dụng nhiều phương pháp khác từ số liệu thống kê, từ điều tra nông nghiệp nông thôn Các phương pháp có ưu điểm độ xác cao nhược điểm chúng tốn thời gian kinh phí Với khả cung cấp thông tin đa dạng cập nhật tư liệu viễn thám kết hợp với phương pháp truyền thống việc nghiên cứu thành lập đồ trạng sử dụng đất, đồ biến động lớp phủ đạt hiệu cao Vì em thực đồ án tốt nghiệp với đề tài: “ Ứng dụng công nghệ viễn thám hệ thống thông tin địa lý thành lập đồ biến động lớp phủ khu vực huyện Thái Thụy - Thái Bình giai đoạn 2003-2009” Đồ án trình bày ba chương: Chương 1: Tổng quan đồ biến động lớp phủ phương pháp nghiên cứu biến động lớp phủ Chương 2: Kết hợp viễn thám hệ thống thông tin địa lý nghiên cứu biến động lớp phủ Chương 3: Thực nghiệm thành lập đồ biến động lớp phủ khu vực Thái Thụy - Thái Bình giai đoạn 2003-2009 SV: Nguyễn Thị Lĩnh Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp Trong trình thực đồ án tốt nghiệp em cố gắng hoàn thành vấn đề trọng tâm đề tài kiến thức kinh nghiệm cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót, em mong nhận bảo tận tình thầy mơn Đo ảnh – Viễn thám, khoa Trắc địa bạn đồng nghiệp để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS: Nguyễn Văn Trung thầy cô mơn giúp đỡ em hồn thành đồ án Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Sinh viên thực Nguyễn Thị Lĩnh SV: Nguyễn Thị Lĩnh Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ 1.1 Khái chung đồ biến động lớp phủ Lớp phủ mặt đất tất thành phần vật chất tự nhiên nhân tạo bao phủ bề mặt trái đất bao gồm yếu tố thực vật (mọc tự nhiên trồng), cơng trình kinh tế – xã hội xây dựng người, thổ nhưỡng, nước, dải đất cát…Lớp phủ mặt đất thể trạng thái tự nhiên Biến động hiểu biến đổi, thay đổi, thay trạng thái trạng thái khác liên tục vật, tượng tồn môi trường tự nhiên môi trường xã hội Phát biến động trình nhận dạng biến đổi, khác biệt trạng thái vật, tượng cách quan sát chúng thời điểm khác Bản đồ biến động lớp phủ yếu tố nội dung đồ chuyên đề như: đồ địa hình, địa vật, giao thơng, thủy văn… phải thể biến động sử dụng đất theo thời gian Ưu điểm đồ biến động lớp phủ thể rõ biến động theo không gian theo thời gian Diện tích biến động thể rõ ràng đồ, đồng thời cho biết có biến động hay không biến động, hay biến động từ loại đất sang loại đất Nó kết hợp với nhiều nguồn liệu tham chiếu khác để phục vụ có hiệu cho nhiều mục đích khác quản lý tài nguyên, môi trường, thống kê, kiểm kê đất đai Về bản, đồ biến động lớp phủ thành lập sở hai đồ trạng sử dụng đất hai thời điểm nghiên cứu độ xác đồ phụ thuộc vào độ xác đồ trạng sử dụng đất hai thời điểm nghiên cứu 1.2 Nguyên nhân gây gây biến động sự cần thiết phải xác định biến động lớp phủ Biến động lớp phủ mặt đất bao gồm nhiều yếu tố tương tác lẫn như: kết hợp mục đích sử dụng đất tùy theo thời gian, không gian SV: Nguyễn Thị Lĩnh Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp cụ thể tùy vào mục đích, mơi trường điều kiện người Các trình tự nhiên diễn bề mặt đất như: hạn hán, xói mịn, … quan trọng tác động người( phụ thuộc vào sách, điều kiện kinh tế, …) Các nguyên nhân dẫn đến biến động lớp phủ mặt đất gồm: - Sự thay đổi đa dạng tự nhiên - Vấn đề người - Vấn đề sách, thể chế - Vấn đề kinh tế cơng nghệ - Vấn đề văn hóa - Vấn đề tồn cầu hóa Trên thực tế khu vực khác trái đất có loại hình lớp phủ mặt đất đặc trưng đối tượng chịu tác động tự nhiên người với mức độ mạnh, yếu khác Sự tác động làm cho lớp phủ mặt đất biến đổi Sự biến đổi lớp phủ mặt đất ngược lại có ảnh hưởng khơng nhỏ đến sống người, diện tích rừng suy giảm gây lũ lụt; gia tăng khu công nghiệp hoạt động nông nghiệp tăng vụ lúa, nuôi trồng thuỷ sản không hợp lý nguyên nhân gây biến đổi khí hậu Do đó, việc xây dựng đồ biến động lớp phủ việc làm cần thiết Thông tin lớp phủ đầu vào quan trọng cho việc lập kế hoạch phát triển, bảo vệ môi trường nguồn tài ngun quy mơ tồn cầu địa phương Đó nguồn tài liệu quan trọng giúp nhà quy hoạch, nhà hoạch định sách có nhìn tổng quan trạng lớp phủ mặt đất qua thời kỳ Từ góp phần quan trọng cơng tác quản lý tài nguyên thiên nhiên, đánh giá biến động lớp phủ; phục vụ công tác quy hoạch, kế hoạch quản lý đất đai để đảm bảo sử dụng đất bền vững, hiệu quả, thân thiện môi trường quan trọng đảm bảo an ninh lương thực 1.3 Các phương pháp đánh giá biến động Để nghiên cứu biến động lớp phủ, người ta sử dụng nhiều phương pháp khác như: phương pháp thống kê (dựa vào số liệu thống kê, SV: Nguyễn Thị Lĩnh Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp điều tra), phương pháp dựa vào đồ trạng có sẵn thời kỳ, phương pháp thành lập đồ biến động sử dụng tư liệu viễn thám sử dụng phương pháp kết hợp Tuy nhiên, với phát triển không ngừng công nghệ viễn thám việc nghiên cứu biến động lớp phủ sử dụng tư liệu viễn thám thực dễ dàng, mang lại hiệu cao khắc phục nhiều hạn chế mà phương pháp truyền thống không làm 1.3.1 Nghiên cứu biến động phương pháp so sánh sau phân loại Bản chất phương pháp từ ảnh hai thời điểm khác ta thành lập đồ trạng sử dụng đất hai thời điểm Sau chồng ghép hai trạng để xây dựng đồ biến động Quy trình thành lập đồ biến động đất theo phương pháp tóm tắt hình 1.1 Hình 1.1: Thành lập đồ biến động phương pháp sau phân loại Phương pháp so sánh sau phân loại sử dụng rộng rãi nhất, đơn giản, dễ hiểu dễ thực Sau ảnh vệ tinh nắn chỉnh hình học tiến hành phân loại độc lập để tạo thành hai đồ Hai đồ so sánh cách so sánh pixel tạo thành ma trận biến động Theo J Jensen, ưu điểm phương pháp cho biết thay đổi từ loại đất sang loại đất sử dụng đồ trạng sử dụng đất thành lập trước SV: Nguyễn Thị Lĩnh Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp Nhược điểm phương pháp phải phân loại độc lập ảnh viễn thám nên độ xác phụ thuộc vào độ xác phép phân loại thường độ xác khơng cao sai sót q trình phân loại ảnh giữ nguyên đồ biến động 1.3.2 Nghiên cứu biến động phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian Phương pháp thực chất chồng xếp hai ảnh hai thời kỳ với để tạo thành ảnh biến động Sau dựa vào ảnh biến động ta tiến hành phân loại thành lập đồ biến động Hình 1.2: Nghiên cứu biến động phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian Ưu điểm phương pháp phải phân loại lần nhược điểm lớn phức tạp lấy mẫu phải lấy tất mẫu vùng biến động vùng không biến động Hơn nữa, ảnh hưởng thay đổi theo thời gian (các mùa năm) ảnh hưởng khí ảnh thời điểm khác không dễ loại trừ, ảnh hưởng đến độ xác phương pháp.Thêm vào đồ biến động lớp phủ nông nghiệp thành lập theo phương pháp cho ta biết chỗ biến động chỗ không biến động không cho biết biến động SV: Nguyễn Thị Lĩnh Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp 1.3.3 Nghiên cứu biến động phương pháp cộng màu kênh ảnh Trong phương pháp ta chọn kênh ảnh định (ví dụ kênh 1) sau ghi ảnh thời điểm lên băng từ đặc biệt hệ thống xử lý ảnh số Khi màu sắc liệu ảnh chồng xếp cho thấy biến động hay không biến động theo nguyên lý tổ hợp màu Ví dụ có hai ảnh Landsat TM năm 1992 năm 1998 Gán màu lục cho kênh ảnh năm 1992, gán màu đỏ cho kênh ảnh năm 1998, gán màu chàm cho kênh ảnh trống Khi tất vùng khơng có thay đổi hai thời điểm có màu vàng (theo nguyên lý cộng màu, tổ hợp màu chàm màu đỏ tạo thành màu vàng) Như vào màu sắc ta định lượng thay đổi (hình 1.3) Hình: 1.3 Nghiên cứu biến động phương pháp cộng màu kênh ảnh Ưu điểm phương pháp xác định biến động hai chí ba thời điểm lần xử lý ảnh Tuy nhiên kỹ thuật xử lý ảnh theo phương pháp không cung cấp số liệu cụ thể diện tích biến động từ loại đất sang loại đất khác Tuy vậy, phương pháp tối ưu để nghiên cứu biến động phạm vi rộng lớn vùng lãnh thổ SV: Nguyễn Thị Lĩnh Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp 1.3.4 Thành lập đồ biến động phương pháp phân tích véctơ thay đổi phổ Khi khu vực nghiên cứu có biến động xảy thể khác biệt phổ hai thời điểm trước sau biến động Giả sử xác định giá trị phổ hai kênh x y hai thời điểm trước sau biến động biểu đồ hình 1.4 Kênh y  Kênh x Hình 1.4: Véc tơ thay đởi phở Điểm biểu thị giá trị phổ thời điểm trước xảy biến động, điểm biểu thị giá trị phổ thời điểm sau xảy biến động Khi véc tơ 12 véc tơ thay đổi phổ, biểu thị giá trị (khoảng cách từ đến 2) hướng thay đổi (góc  ) Giá trị véc tơ thay đổi phổ tính tồn cảnh theo cơng thức: CMpixel = n   BV i , j ,k (1)  BV i , j ,k (2)  k 1 Trong đó: CMpixel giá trị véc tơ thay đổi phổ, BVi,j,k(1), BVi,j,k(2) giá trị phổ pixel ij, kênh k ảnh trước sau xảy biến động Việc phân tích véc tơ thay đổi ghi lại thành hai tệp liệu: tệp chứa mã khu vực, tệp chứa độ lớn véc tơ thay đổi phổ Thông tin thay đổi tạo từ hai tệp liệu thể màu sắc pixel tương ứng với mã quy định Trên ảnh đa phổ thay đổi kết hợp hướng giá trị véc tơ thay đổi phổ Sự thay đổi có xảy hay không định véc tơ thay đổi phổ có vượt khỏi ngưỡng quy định hay SV: Nguyễn Thị Lĩnh 10 Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp Hình 3.7: Các lớp cho phân loại Thiết lập quy tắc phân loại tiến hành phân loại Sau phân mảnh ảnh ta tiến hành phân loại ảnh Trước tiên phải xác lập quy tắc phân loại cho ảnh viễn thám Để kết phân loại tốt việc chọn thuật tốn giá trị ngưỡng yếu tố định Để chọn thuật toán phù hợp, ta dựa vào đặc trưng phản xạ phổ, hình dạng, kích thước, vị trí, đối tượng SV: Nguyễn Thị Lĩnh 57 Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp Hình 3.8: Bộ quy tắc để phân loại ảnh spot năm 2003 Hình 3.9: Bộ quy tắc để phân loại ảnh Alos năm 2009 Chỉnh sửa kết phân loại SV: Nguyễn Thị Lĩnh 58 Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp Để kết phân loại đạt độ xác cao, ngồi việc sử dụng thuật tốn để phân loại ta kết hợp với phân loại tay Phương pháp áp dụng cho đối tượng mà sử dụng thuật toán để phân loại mà bị nhầm lẫn đối tượng với đối tượng khác Để chỉnh sửa kết quả, ta sử dụng công cụ chỉnh sửa tay Manual Editting tích hợp phần mềm eCognition Kết phân loại thể hình 3.10 3.11 Hình 3.10 Kết phân loại ảnh năm 2003 Hình 3.11 Kết phân loại ảnh năm 2009 SV: Nguyễn Thị Lĩnh 59 Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp Đánh giá độ xác kết phân loại Độ xác kết phân loại yếu tố định đến việc phân tích nội dung chuyên đề hay sai Kiểm tra độ xác kết phân loại ma trận sai số hệ số Kappa Hệ số Kapa tính tốn theo cơng thức: Trong đó: r số hàng ma trận (số lớp đối tượng phân loại) xi tổng pixel theo hàng thứ i (lớp thứ icủa mẫu) x+i tổng pixel theo cột thứ i (lớp thứ i sau phân loại) N tổng số pixel lấy mẫu xii số giá trị hàng i cột i (số pixel lớp thứ i) Để kiểm tra độ xác, ta dùng phương pháp lựa chọn mẫu Việc lựa chọn số ô mẫu dùng để kiểm chứng phụ thuộc vào số lớp đối tượng muốn kiểm chứng, diện tích khu vực nghiên cứu Nếu chọn mơ hình với độ tin cậy 95% số lượng mẫu tối thiểu tính theo cơng thức: Trong đó: E sai số cho phép, p độ xác tổng thể Nếu chọn độ xác tổng thể 85% sai số cho phép 10% cần số điểm lấy mẫu tối thiểu 51 ô Trong khu vực nghiên cứu ta lựa chọn 54 ô mẫu, vị trí mẫu xếp cách ngẫu nhiên Trình tự đánh giá độ xác thực sau: Trên menu eCognition => Classifcation => Samples => Select samples with Brush Tiến hành chọn lớp đối tượng khoảng ô mẫu Sau chọn mẫu để kiểm tra xong, từ menu eCognition => Classifcation => Samples => Create TTA Mask from Samples Xuất hộp thoại Create TTA Mask from Samples => chọn New Level => OK SV: Nguyễn Thị Lĩnh 60 Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp Để đánh giá độ xác phân loại dựa vào mẫu Trên menu eCognition => Tools => Accuracy Assessment Xuất hộp thoại Accuracy Assessment: lựa chọn kiểu thống kê số liệu Error Matrix based on TTA Mask Kết thúc thu kết đánh giá độ xác sau: Bảng 3.4: Bảng đánh giá kết phân loại ảnh năm 2003 Bảng 3.5: Bảng đánh giá kết phân loại ảnh năm 2009 SV: Nguyễn Thị Lĩnh 61 Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp Độ xác tổng thể hệ số Kapa cao Chứng tỏ độ tin cậy kết phân loại cao đủ sở để phân tích yếu tố chuyên đề 3.4 Thành lập đồ biến động lớp phủ khu vực huyện Thái Thụy – Thái Bình giai đoạn 2003 – 2009 3.4.1 Xử lý liệu GIS Sử dụng công cụ GIS để chồng xếp hai trạng lớp phủ năm 2003 năm 2009 SV: Nguyễn Thị Lĩnh 62 Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp Dữ liệu trạng lớp phủ 2003 Dữ liệu trạng lớp phủ 2009 Chồng xếp (Overlay) Bản đồ biến động lớp phủ 2003- 2009 Các bước thực sau: - Khởi động ứng dụng ArcMap phần mềm Arcgis Chọn Add Data mở hai ảnh phân loại năm 2003 năm 2009 - Trên menu ArcMap => Window => ArcToolbox => Analysis Tools => Overlay => Intersect Xuất hộp thoại Intersect : cho phép ta chọn ảnh cần chồng xếp Hình 3.12 :Lựa chọn ảnh để chồng xếp SV: Nguyễn Thị Lĩnh 63 Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp Kết chồng xếp cho ảnh biến động hai thời điểm năm 2003 2009 - Mở bảng thuộc tính Attribute of 2003_2009 => Option => Add Field để thêm trường liệu (đặt tên trường liệu Bien_dong) Hình 3.13 Thêm trường liệu - Để tạo thuộc tính cho trường Bien_dong ta chọn Field Calculator Hình 14 Bảng liệu thuộc tính đồ biến động giai đoạn 2003-2009 SV: Nguyễn Thị Lĩnh 64 Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp Hình 3.15 Bản đồ biến động lớp phủ huyện Thái Thụy giai đoạn 2003-2009 - Tạo ma trận biến động: Trên công cụ ArcMap => AcrToolbox => Spatial Analyst Tools => Zonal => Tabulate Area => Xuất hộp thoại Tabulate Area: Hình 16 Lựa chọn yếu tố để tạo ma trận biến động SV: Nguyễn Thị Lĩnh 65 Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp Hình 17 Ma trận biến động diện tích loại đất năm 2003 so với năm 2009 Hình 3.18 Biểu đồ biến động diện tích loại đất theo ma trận biến động SV: Nguyễn Thị Lĩnh 66 Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp Bảng thống kê diện tích biến động : Diện tích năm Diện tích năm Diện tích thay đổi 2003 (ha) 2009 (ha) (ha) Sông hồ 1270.07 1161.84 -108.23 Thủy sản Đất hoa màu Đất trống Đất xây dựng Đất muối Đất rừng Biển Đất bãi bồi 1738.35 5924.98 13527.9 4078.76 172.49 1304.91 8996.88 68.63 2179.62 5147.33 13749.06 4406.39 173.61 1406.82 8823.44 34.86 +441.27 -777.65 +221.16 +327.63 +1.12 +101.91 -173.44 -33.77 Hình 3.19 Biểu đồ trạng lớp phủ giai đoạn 2003-2009 3.4.2 Nhận xét xu biến động lớp phủ giai đoạn 2003- 2009 Qua bảng thống kê diện tích biến động ta thấy biến động lớp phủ huyện Thái Thụy giai đoạn 2003-2009 sau: + Diện tích đất thủy sản năm 2003 1738.35 đến năm 2009 2179.62 tăng 441.27 so với năm 2009 SV: Nguyễn Thị Lĩnh 67 Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp + Diện tích đất sơng hồ năm 2003 1270.07 đến năm 2009 1161.84 giảm 108.23 so với năm 2009 chủ yếu chuyển đổi sang đất trồng hoa màu với diện tích 129.6 + Diện tích đất hoa màu năm 2003 5924.98 đến năm 2009 5147.33 giảm 777.65 so với năm 2009 chủ yếu chuyển đổi sang đất trống (đất trồng lúa) với diện tích 2201.66 + Diện tích đất trống (bao gồm đất trồng lúa)năm 2003 13527.9 đến năm 2009 13749.06 tăng 221.16 so với năm 2009 + Diện tích đất xây dựng năm 2003 4078.76 đến năm 2009 4406.39 tăng 327.63 so với năm 2003 + Diện tích đất làm muối 2003 172.49 đến năm 2009 173.61 tăng 1.12 so với kỳ năm 2009 + Diện tích đất rừng ngập mặn năm 2003 1304.91 đến năm 2009 1406.82 tăng 101.91 so với năm 2009 + Diện tích đất biển năm 2003 8996.88 đến năm 2009 8823.44 giảm 173.44 so với năm 2009 chủ yếu chuyển dịch sang đất rừng 21.921 + Diện tích đất bãi bồi ven biển năm 2003 68.63 đến năm 2009 34.86 giảm 33.77 so với năm 2009 Nguyên nhân biến động q trình cơng nghiệp hóa đại hóa diễn mạnh mẽ địa bàn toàn tỉnh, cộng với gia tăng dân số nhanh, cơng trình mới, khu du lịch, nghỉ dưỡng xây dựng Sự chuyển đổi cấu kinh tế trọng phát triển kinh tế công nghiệp, đầu tư phát triển kinh tế du lịch, chuyển đổi cấu trồng cho phù hợp với loại đất áp dụng tiến khoa học kĩ thuật vào sản xuất Bên cạnh việc phát triển kinh tế mục tiêu quan trọng bảo vệ mơi trường, đảm bảo cân sinh thái, chống xói mịn đất canh tác, khơi phục vốn rừng mất,trồng thêm tái tạo quỹ rừng nhiệm vụ quan tâm đặc biệt, phủ xanh đồi trọc, mà diện tích rừng phịng hộ nhân lên SV: Nguyễn Thị Lĩnh 68 Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp KẾT LUẬN Sau hoàn thành đề tài “ Ứng dụng công nghệ viễn thám hệ thống thông tin địa lý thành lập đồ biến động lớp phủ khu vực huyện Thái Thụy – Thái Bình giai đoạn 2003- 2009” em rút số kết luận sau: - Đất đai tài nguyên vô quan trọng chiến lược phát triển quốc gia Với sức ép trình gia tăng dân số kết hợp với sử dụng đất đai thiếu bền vững gây sức ép lớn lên trình sử dụng đất Vì nghiên cứu thay đổi lớp phủ khoa học để đưa sách sử dụng đất đai phù hợp nhằm nâng cao mức sống người dân, đem lại hiệu cao kinh tế - xã hội môi trường - Tư liệu ảnh viễn thám ln có thơng tin nhất, xác khách quan thực hiệu ứng dụng để thành lập đồ trạng lớp phủ, loại đồ có tính chất phản ánh đối tượng thời gian ngắn, đặc biệt nơi có biến động lớn, nơi địa hình phức tạp - Ảnh SPOT có độ phân giải khơng gian cao cho phép tạo ảnh lập thể nên sử dụng nghiên cứu trạng sử dụng đất phân tích biến động thành lập đồ tỷ lệ 1: 10.000 nhỏ - Phương pháp đánh giá biến động sau phân loại có ưu điểm như: dễ thực hiện, cho biết thay đổi từ loại đất sang loại đất gì, xu hướng biến động sử dụng đồ trạng sử dụng đất thành lập trước - Phương pháp phân loại định hướng đối tượng viễn thám giải vấn đề xây dựng đồ nhanh xác, thay phương pháp truyền thống phương pháp viễn thám - Sau nghiên cứu tình hình sử dụng đất huyện Thái Thụy ta thấy: giai đoạn 2003 – 2009 loại hình sử dụng đất có biến động rõ rệt, đặc biệt với loại hình đất xây dựng, đất thủy sản đất hoa màu Nguyên nhân biến động tốc độ gia tăng dân số, q trình thị hóa, q trình chuyển đổi SV: Nguyễn Thị Lĩnh 69 Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp cấu kinh tế… diễn mạnh mẽ dẫn đến biến động đất đai Vì cần có sách cụ thể quy hoạch sử dụng đất nhằm ổn định sản xuất, phát triển kinh tế nâng cao đời sống nhân dân đôi với bảo vệ môi trường sinh thái SV: Nguyễn Thị Lĩnh 70 Lớp Trắc địa B - K53 Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Trường Xuân, Phạm Vọng Thành, Công nghệ viễn thám, Giáo trình dùng cho học viên cao học ngành Trắc địa Trường Đại học Mỏ- Địa chất năm 2005 Phạm Vọng Thành, Viễn thám quản lý đất đai, Hà Nội 2009 Trần Vân Anh, Nguyễn Thị Yên Giang, Hướng dẫn sử dụng Envi 4.3 Đại học Mỏ- Địa Chất Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Phòng Địa tin học- Viễn thám, Giáo trình ARCGIS bản, TP Hồ Chí Minh 2005 5.Võ Chí Mỹ, Phan Tuấn Hảo, Khoa học mơi trường, Trường Đại học MỏĐịa Chất, Hà Nội 2005 Phạm Vọng Thành, Đoán đọc điều vẽ ảnh, Trường Đại học Mỏ- Địa Chất Nguyễn Ngọc Thạch, Cơ sở Viễn thám, Hà Nội 2005 SV: Nguyễn Thị Lĩnh 71 Lớp Trắc địa B - K53 ... tốt nghiệp với đề tài: “ Ứng dụng công nghệ viễn thám hệ thống thông tin địa lý thành lập đồ biến động lớp phủ khu vực huyện Thái Thụy - Thái Bình giai đoạn 2003-2009” Đồ án trình bày ba chương:... đồ biến động lớp phủ phương pháp nghiên cứu biến động lớp phủ Chương 2: Kết hợp viễn thám hệ thống thông tin địa lý nghiên cứu biến động lớp phủ Chương 3: Thực nghiệm thành lập đồ biến động lớp. .. - Địa chất Đồ án tốt nghiệp 2.3 Quy trình xác định biến động lớp phủ sử dụng công nghệ viễn thám hệ thống thông tin địa lý 42 Chương 3: THỰC NGHIỆM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ